含彈性元件機械系統(tǒng)的碰撞與沖擊研究.pdf

1、沖擊是工程中廣泛存在的現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)的碰撞與沖擊問題是較復(fù)雜的動力響應(yīng)問題，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的碰撞特性與沖擊力及應(yīng)力的測量與分析一直是難點問題。 本文主要運用顯式有限元數(shù)值計算的方法研究了含彈性元件機械系統(tǒng)碰撞與沖擊時的動力響應(yīng)特性。主要研究工作如下： 首先綜述了圓柱螺旋彈簧的研究現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)沖擊與接觸碰撞等相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。理論分析了圓柱螺旋彈簧的受力與變形關(guān)系，并針對理論公式不能求解的大螺旋角彈簧剛度問題，探討了一種用有限

2、元軟件進行求解的方法，建立了有限元模型并對其剛度進行了計算。結(jié)合材料力學(xué)和圓柱螺旋彈簧的相關(guān)理論，研究了預(yù)應(yīng)力圓柱螺旋彈簧彎曲彈性特性，導(dǎo)出了該種彈簧在受到彎矩作用時彈簧彎曲角度的計算公式，參考靜力試驗結(jié)果，優(yōu)化了理論公式中相關(guān)參數(shù)，并建立了彈簧的等效模型。 建立了系統(tǒng)碰撞與沖擊分析的有限元模型，研究了只含預(yù)應(yīng)力彈簧的系統(tǒng)的低速碰撞響應(yīng)以及含兩個彈簧的系統(tǒng)在高速沖擊時的動力響應(yīng)特性，得到了系統(tǒng)分別與剛性體和彈塑性體碰撞時系統(tǒng)接觸

3、力、位移、速度、加速度響應(yīng)以及能量轉(zhuǎn)換特性。從碰撞過程持續(xù)時間、碰撞發(fā)生后系統(tǒng)的位移、速度、加速度以及能量變化等方面對系統(tǒng)與剛性體和彈塑性體碰撞特性進行了研究，研究表明導(dǎo)致系統(tǒng)破壞的主要因素有沖擊速度，沖擊體材料、質(zhì)量，系統(tǒng)承受部件的結(jié)構(gòu)尺寸及材料特性等。 通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，采用顯式有限元數(shù)值求解技術(shù)求解接觸一碰撞這樣的高度非線性問題，不但計算效率高，而且還可以得到相對準確的結(jié)果，對整個系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化具有積極的指導(dǎo)作用。同時